11. Защита от лазерных излучений

11.1. Природа, особенности и источники лазерного излучения

Слово «лазер» – распространенное название оптического квантового генератора (ОКГ). Лазер (ОКГ) – источник оптического когерентного излучения, характеризующийся высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Использование лазеров связано с их уникальными свойствами: монохроматичностью излучения (строго одной длины волны), когерентностью (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе), высокой несущей частотой излучений (10¹⁴—10¹⁶ Гц), способностью излучения концентрироваться в очень узком луче с малым углом расхождения. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (физика, химия, биология), в практической медицине (хирургия – стерильное и бескровное рассечение и разрушение тканей, офтальмология – микрохирургия при операциях сетчатки глаза и глаукоме), в различных отраслях промышленности, например, при сварке тугоплавких металлов и сплавов, обработке сверхтвердых материалов, неразрушающем контроле. Лазеры позволяют осуществлять оптическую связь и локацию, используются в авиации при посадке самолетов.

По типу активной среды различают: газовые лазеры, жидкостные лазеры и твердотельные лазеры. Основными элементами любого лазера являются: рабочее вещество (монокристалл, стекло с активными примесями, полупроводниковые материалы, газы и их смеси, растворы органических красителей, пары металлов), оптический резонатор из параллельных зеркал, источник энергии накачки (яркие лампы, вспышки для твердого рабочего вещества и постоянное либо переменное электрическое поле – для газообразного рабочего вещества), блок электропитания и система охлаждения. Принцип действия лазера основан на использовании вынужденного (стимулированного) электромагнитного излучения, получаемого от рабочего вещества. Под действием внешнего источника энергии (энергии накачки) в рабочем веществе часть атомов возбуждается, т. е. переходит в высшее энергетическое состояние. Рабочее вещество помещают в резонатор из двух параллельных зеркал, который служит для вывода максимальной энергии генерации из ОКГ.

Основные энергетические параметры лазерного излучения: энергия излучения Е (Дж), энергия импульса Е_и (Дж), мощность излучения P (Вт), плотность энергии излучения W_p (Дж/см ), плотность мощности излучения W_E (Вт/см²). Временные параметры излучения: длительность импульса τ (с), частота повторения импульсов f (Гц), длина волны λ, (нм).

11.2. Классификация лазеров. Вредные и опасные факторы

При эксплуатации лазерной установки обслуживающий персонал может быть подвергнут воздействию ряда опасных и вредных факторов, основным из которых является лазерное излучение – прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное.

В соответствии с ГОСТ 12.1.040-83 «Лазерная безопасность. Общие положения» и СанПиН 5804-91 «Нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» лазеры по степени опасности генерируемого излучения подразделяются на четыре класса.

Лазеры I класса – полностью безопасные лазеры, то есть такие лазеры, выходное коллимированное (заключенное в ограниченном телесном угле) излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи.

Лазеры II класса – это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным и зеркально отраженным пучком; диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз.

Лазеры III класса – такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, зеркально отраженным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным и зеркально отраженным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II.

Лазеры IV класса – лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Опасное влияние на глаза могут оказать и сопутствующие лазерному ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от источников накачки, плазменного факела и материалов мишени.

Наличие высокого напряжения зарядных устройств, питающих батареи конденсаторов, представляет опасность поражения электрическим током. После разряда импульсных конденсаторов на лампы-вспышки они могут сохранять электрический заряд высокого потенциала. При работе газовых лазеров, питаемых от генераторов высокой частоты или ультравысокой частоты, персонал, обслуживающий лазеры, может быть подвергнут воздействию электромагнитных полей.

При эксплуатации лазеров с механическими затворами для управления длительностью импульса излучения шум может достигать 70—80 дБ при среднечастотном спектре и 95—120 дБ – при частоте 1000—1250 Гц.

При взаимодействии лазерных лучей с обрабатываемым веществом возможно выделение вредных химических примесей (окиси углерода, свинца, ртути и т. д.).

Для лазеров с анодным напряжением более 5 кВ от их газоразрядных трубок и других элементов возможно возникновение рентгеновского излучения.

При эксплуатации и разработке лазерных изделий необходимо учитывать также возможность взрыва в системах накачки лазеров, а также взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.

Возможные опасные и вредные факторы, возникающие при работе лазера, приведены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Связь наличия опасных и вредных производственных факторов

с классом лазера

Опасные и вредные производственные факторы	Класс лазера (лазерной установки)
	I	II	III	IV
Лазерное излучение:
прямое, зеркально отраженное	–	+	+	+
диффузно отраженное	–	–	+	+
Повышенное напряжение электропитания	– (+)	+	+	+
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны	–	–	– (+)	+
Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации	–	–	– (+)	+
Повышенная яркость света	–	–	– (+)	+
Повышенные уровни шума и вибрации	–	–	– (+)	+
Повышенный уровень ионизирующих излучений	–	–	–	+
Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ- и СВЧ- диапазонов	–	–	–	– (+)
Повышенный уровень инфракрасного излучения	–	–	– (+)	+
Повышенная температура поверхностей оборудования	–	–	– (+)	+
Химические опасные и вредные производственные факторы	–	–	– (+)	+
+ имеют место всегда; – отсутствуют; – (+) наличие зависит от конкретных технических характеристик лазера и условий его эксплуатации.